Tatuajes vivos con bacterias genéticamente modificadas:una nueva innovación en bioimpresión

• Los investigadores crean un tatuaje delgado y sensible a las células que brilla cuando entra en contacto con las células de la piel. 
• La tinta del tatuaje está hecha de hidrogel y una mezcla de nutrientes para mantener vivas las células.
• La tinta se puede imprimir a alta resolución:aproximadamente 30 micrómetros.
• Un tatuaje viviente impreso en 3D cuenta con 3 sensores diferentes, que pueden soportar la compresión, el estiramiento y la torsión.

Investigadores del MIT han encontrado un nuevo método para utilizar un tipo especial de tinta hecha de células vivas genéticamente programadas. Han ideado un tatuaje temporal y su prototipo parece un parche adhesivo fino y transparente con un patrón en forma de árbol.

Está dividido en varias secciones que son células sensibles a un compuesto químico diferente. Cuando este tatuaje entra en contacto con la piel, queda expuesto a un compuesto particular (presente en la piel humana), lo que hace que las regiones correspondientes del árbol se iluminen en respuesta.

Esto sucede porque las células están diseñadas para iluminarse en respuesta a diferentes tipos de estímulos. Cuando se combinan con una suspensión de nutrientes e hidrógeno, las células podrían imprimirse capa por capa para formar una estructura interactiva en 3D.

Estudios previos en el mismo campo

El material sensible a estímulos no es algo nuevo:la investigación y el desarrollo se llevan a cabo durante más de una década. Por ejemplo, un material que responda bien a los productos químicos se puede utilizar para crear un sensor químico, o un material que responda a las altas temperaturas se puede utilizar para desarrollar robots autoensamblables.

Dado que la impresión 3D ahora es ampliamente accesible y está disponible a precios mucho más baratos, se ha convertido en un método común para desarrollar objetos experimentales, incluidos materiales que responden a estímulos.

Sin embargo, esta vez, los investigadores descubrieron una forma de utilizar células vivas que pueden programarse y obtenerse en un material reactivo impreso en 3D. Las investigaciones realizadas hasta la fecha sugieren que al menos las células de mamíferos no serían viables para esto. No pueden funcionar en las duras condiciones de la impresión 3D:exposición a los rayos ultravioleta durante la reticulación, fuerza de corte durante la extrusión y mucho más. Dado que las células de los mamíferos son globos de bicapa lipídica, las células mueren durante el proceso de impresión.

Por otro lado, las células bacterianas con una pared celular protectora son mucho más fuertes. Son compatibles con la mayoría de los hidrogeles, materiales hechos de polímero y agua, y utilizados en una amplia gama de aplicaciones médicas.

La nueva tinta responsiva viviente

Los investigadores del MIT utilizan una nueva técnica para fabricar material "activo" para pantallas interactivas y sensores portátiles. De hecho, estos materiales podrían combinarse con células vivas para detectar sustancias químicas y contaminantes ambientales, así como ligeras alteraciones en la temperatura y el pH.

Utilizando células bacterianas genéticamente programadas, el equipo construyó una tinta hecha de hidrogel y una mezcla de nutrientes para mantener vivas las células.

Más específicamente, han diseñado una variedad de células bacterianas que pueden generar proteína verde fluorescente (GFP) o secretar sustancias químicas en respuesta a cuatro sustancias químicas de señalización diferentes, que se difunden libremente por todo el hidrogel. La biotinta que contiene micelas de diacrilato plurónico puro F127 se recupera a un estado empaquetado después de la impresión, que se estabiliza mediante reticulación ultravioleta.

Referencia: Materiales avanzados | 10.1002/adma.201704821 | Vía MIT News 

También construyeron un modelo para pronosticar las interacciones entre células dentro de una estructura impresa en 3D, en diferentes condiciones. Este modelo podría ser utilizado por otros científicos como guía para crear materiales vivos receptivos.

La tinta que han desarrollado se puede imprimir a alta resolución:aproximadamente 0,03 milímetros o 30 micrómetros. Incluso se pueden lograr fácilmente conexiones piramidales entre analito y sensor. La impresión 3D con múltiples tintas permite la construcción de varias puertas lógicas utilizando fluorescencia GFP como resultado. Ya imprimieron el patrón de prueba en elastómero y lo pegaron sobre la piel, que había sido untada con productos químicos.

Se logra un patrón controlado espaciotemporalmente debido a la distribución espacial bien definida del hidrogel, la dependencia temporal de la difusión de la molécula señal y la producción de GFP.

El gel, que consta de bacterias que responden a la N-acil homoserina lactona, se puede imprimir en patrones intrincados. La conexión a un gel que contiene lactona de N-acil homoserina induce la producción de GFP de la bacteria, que se dispersa por todo el sensor durante la noche.  

Un tatuaje vivo impreso en 3D desarrollado utilizando esta metodología cuenta con 3 sensores diferentes, que pueden soportar compresión, estiramiento y torsión. La aplicación de analitos provoca respuestas locales precisas sólo en el área del sensor respectivo.  

Durante unas horas, diferentes secciones del patrón del árbol en el tatuaje se iluminaron cuando las bacterias entraron en contacto directo con sus estímulos químicos. Las células bacterianas también pueden comunicarse entre sí y emitir fluorescencia después de recibir una señal específica de otra célula.

Los investigadores lo han probado en una estructura 3D, superponiendo dos láminas impresas con filamentos de hidrogel. Se iluminaron cuando entraron en contacto entre sí y obtuvieron la señal de comunicación específica.

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¿Qué sigue?

En un futuro próximo, los investigadores esperan poder imprimir estructuras y plataformas computacionales vivas y portátiles con varios tipos diferentes de células que puedan transmitir señales de un lado a otro, de manera muy similar a los transistores en un microchip.

Están trabajando para desarrollar sistemas de administración de medicamentos y sensores químicos, que puedan programarse para administrar medicamentos al cuerpo con el tiempo.